Способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний (варианты) и устройство для его реализации (варианты), а также способ определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений

Способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний (варианты) и устройство для его реализации (варианты), а также способ определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области формирования и обработки изображений, предназначено для измерения расстояний до наблюдаемых предметов, а также для определения оптических передаточных функций устройства, при помощи которых были сформированы полученные изображения, и позволяет по данным калибровки средств формирования изображений и результатам обработки изображений, полученным в процессе измерений, оценивать погрешность измерений.

Из уровня техники известны способы и устройства измерения расстояний и определения оптических передаточных функций или функций рассеяния точки, зависящих от расстояния до наблюдаемого объекта, по набору изображений посредством оценки степени размытия формируемых изображений.

Известен способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние, при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог для первого варианта способа).

Особенностью указанного способа является то, что в основной его реализации должно применяться устройство, включающее для каждого из каналов формирования и фиксации изображения маску для формирования функции рассеяния точки, которая при изменении расстояния до наблюдаемого объекта практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта.

Способ измерения опирается на преобразование обращения свертки (деконволюция). Известно, что в обработке изображений обращение свертки является затратной во времени операцией или же, при применении быстрых алгоритмов инверсной фильтрации, обладает плохой устойчивостью из-за шумов, присутствующих в изображениях, а также из-за невысокой точности определения передаточной функции оптической системы. То есть могут потребоваться значительные вычислительные затраты или понижаться точность измерений и определения функций рассеяния точки. Применение специализированных масок, вращающих функцию рассеяния точки, как правило, изготавливаемых в виде дифракционных элементов, обуславливает ограниченную применимость данного способа и меньшую величину диапазона измерений.

Известен способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют их с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для первого варианта способа).

Для простоты рассмотрим реализацию, когда формируется только пара изображений - первое и второе, с различными оптическими передаточными функциями для каждого изображения, соответствующими различным измеряемым расстояниям. Вместо применения обработки в области пространственных частот и оперирования с оптическими передаточными функциями в ближайшем аналоге можно добиться одинаковых результатов измерений, применяя обработку в пространственной области, с использованием функции рассеяния точки. Для простоты понимания рассмотрим ближайший аналог с выбором оптимальных функций рассеяния точки.

Для каждой области пары изображений находят оптимальную пару функций рассеяния точки среди множества пар, реализуемых устройством, а затем сопоставляют выбранной оптимальной паре функций рассеяния точки расстояние до области наблюдаемого объекта. Отыскание оптимальной пары функций рассеяния точки сводится к вычислению значений целевой функции ошибок и выбору той пары, для которой значение функции ошибок является минимальным. Ошибка для каждой пары функций рассеяния точки вычисляется в виде евклидовой нормы разности участка первого изображения размытого при помощи второй функции рассеяния точки и участка второго изображения размытого при помощи первой функции рассеяния точки. Размытие при вычислениях моделируется операцией свертки или же реализуется в виде произведения спектральных характеристик в соответствии с теоремой о свертке. Различные функции рассеяния точки формируются благодаря применению диафрагм различной формы для каждого канала.

К недостаткам указанного способа можно отнести невысокую точность, значительную ограниченность диапазона. Особенно сильно недостатки проявляются при пониженных значениях отношения сигнал/шум вплоть до неправдоподобности результатов измерений для некоторых случаев пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов. Указанные недостатки связаны с применением удобного, но типичного функционала целевой функции в виде евклидовой нормы. При сильном размытии изображений информативными остаются только низкие частоты изображения. И, если сигнал ослаблен, то функционал оценки ошибки в данном варианте дает слишком малое отличие функций рассеяния точки, соответствующих различным расстояниям. То есть сказывается значительная зависимость значения функционала ошибки от величины входного сигнала. И небольшие влияния шума, или ограниченность точности измерения функции рассеяния точки при калибровке устройства, приводят к большим искажениям вычисления функционала ошибки и ухудшению точности измерений. На краях диапазона измеряемых расстояний точность падает наиболее значительно, так, что происходит сужение диапазона измерений.

Известен способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибрую устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области наблюдаемого по меньшей мере одного объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог для второго варианта способа).

Особенностью указанного способа является то, что в основной его реализации должно применяться устройство, включающее для каждого из каналов формирования и фиксации изображения маску для формирования функции рассеяния точки, которая при изменении расстояния до наблюдаемого объекта практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта.

Способ измерения опирается на преобразование обращения свертки (деконволюция). Известно, что в обработке изображений обращение свертки является затратной во времени операцией или же, при применении быстрых алгоритмов инверсной фильтрации, обладает плохой устойчивостью из-за шумов, присутствующих в изображениях, а также из-за невысокой точности определения передаточной функции оптической системы. То есть могут потребоваться значительные вычислительные затраты или понижаться точность измерений и определения функций рассеяния точки. Также точность измерений может ухудшаться из-за характера пространственного спектра наблюдаемых объектов. Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений, причем информации о том, что измерения для данной области нельзя считать действительными не предоставляется. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности, а также отсутствует возможность повышения точности измерений в указанных ситуациях. Применение специализированных масок, вращающих функцию рассеяния точки, изготавливаемых, как правило, в виде дифракционных элементов, обуславливает ограниченную применимость данного способа и меньшую величину диапазона измерений.

Известен способ получения и обработки изображений для оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области наблюдаемого по меньшей мере одного объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для второго варианта способа).

К недостаткам указанного способа можно отнести невысокую точность, значительную ограниченность диапазона, а также непостоянство и сильную зависимость точности измерений от пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. Особенно сильно недостатки проявляются при пониженных значениях отношения сигнал/шум вплоть до неправдоподобности результатов измерений для некоторых случаев пространственного распределения яркости. Недостатки связаны, прежде всего, с использованием пассивного способа измерений, а также с применением удобного, но типичного функционала целевой функции в виде евклидовой нормы. При сильном размытии изображений информативными остаются только низкие частоты изображения. И, если сигнал ослаблен, то функционал оценки ошибки в данном варианте дает слишком малое отличие функций рассеяния точки, соответствующих различным расстояниям. То есть сказывается значительная зависимость функционала ошибки от величины входного сигнала. И небольшие влияния шума, или ограниченность точности измерения функций рассеяния точки при калибровке устройства, приводят к большим искажениям вычисления функционала ошибки и ухудшению точности измерений. На краях диапазона измеряемых расстояний точность падает наиболее значительно, так, что происходит сужение диапазона измерений.

Пассивный принцип работы, когда результат измерений зависит непосредственно от характеристик распределения яркости наблюдаемых предметов, приводит к различной точности измерений в зависимости от распределения яркости наблюдаемых объектов. Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений. Так как реализации наблюдений могут быть совершенно различными, то получить обобщенную оценку точности измерений для всего многообразия реализаций проблематично. Таким образом, получается ситуация, когда точность измерений может сильно деградировать для областей изображения, но при этом наблюдатель будет трактовать данные с низкой точностью как достоверные. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности, а также отсутствует возможность повышения точности измерений в указанных ситуациях.

Аналогов способа определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства не обнаружено.

Известно, что погрешность способов измерения и определения оптических передаточных функций на основе обработки пары и более изображений, формируемых с различной степенью размытия, в значительной степени зависит от уровня шума и распределения яркости наблюдаемых объектов, и не может быть определена для широкого круга реализаций наблюдений. В то же время результатом измерений является точечная оценка расстояния, часто имеющая погрешность соизмеримую с диапазоном измерений. Применение способа оценки погрешности для конкретных реализаций производимых измерений позволяет в значительной мере компенсировать указанные недостатки.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система хотя бы одного из каналов включает маску для формирования функции рассеяния точки, зависящей от расстояния до наблюдаемого объекта, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, а также блок, который определяет функции рассеяния точки и вычисляет расстояние до наблюдаемых предметов (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог заявляемого устройства по первому варианту). В устройстве-аналоге применяются специальные маски для формирования изображений, в частности маски, из-за которых функция рассеяния точки практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта. Применение таких масок позволяет добиться улучшенного продольного разрешения измеряемых расстояний, но при этом приводит к сужению диапазона измерений, а также требует применения дорогостоящих светочувствительных детекторов изображения с низким уровнем электронных шумов. При применении указанных масок возможны реализации наблюдений, когда характер преобразования оптического излучения от наблюдаемых объектов будет схожим для различных измеряемых расстояний с различными оптическими передаточными функциями, вследствие чего возникнет ошибка измерения. Возникновение такого рода ошибок в устройстве-аналоге не детектируется и не обрабатывается, и данные измерений могут быть недостоверными.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, ближайший аналог устройства по первому варианту, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний до наблюдаемых объектов, соединенный с детекторами (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для первого варианта устройства).

В известном устройстве расстояние до предмета определяется на основании вычисления функции ошибок для набора возможных пар функций рассеяния точки каналов, и затем выбора тех функций рассеяния точки каналов, для которых ошибка является минимальной. Значения функции ошибок определяются для пар зафиксированных изображений как среднеквадратическое отклонение зафиксированных изображений, каждое из которых предварительно подвергается преобразованию-свертке с предполагаемой функцией рассеяния точки для изображения, полученное другим детектором. Данный способ является относительно простым и типичным решением вопроса дифференциации различных функций рассеяния точки, которое, однако, является недостаточно точным. Особенно сильно точность зависит от электронных шумов матричных светочувствительных детекторов, от точности калибровки устройства, от передаточных функций каналов устройства, определяемых конфигурацией устройства (взаимным расположением светочувствительных детекторов, оптических элементов и формой диафрагм каналов устройства), а также от пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов.

Так, если отношение сигнал/шум уменьшается по сравнению с максимальным для применяемой системы, например, из-за того, что для участка изображения предметы слабо освещены или же из-за повышения уровня шумов при увеличении аналогового коэффициента усиления регистрируемого сигнала, то величина рабочего диапазона сужается. Сужение диапазона, как и ухудшение точности, вызвано сложностью выбора оптимальной пары функций рассеяния точки на краях рабочего диапазона, когда масштабы функций рассеяния точки на краях диапазона велики и одно или несколько фиксируемых изображений значительно размыты.

Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений, причем информации о том, что измерения для данной области нельзя считать действительными не предоставляется. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности, а также отсутствует возможность повышения точности измерений в указанных ситуациях.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система хотя бы одного из каналов включает маску для формирования функции рассеяния точки, зависящей от расстояния до наблюдаемого объекта, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, а также блок, который определяет функции рассеяния точки и вычисляет расстояние до наблюдаемых предметов (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог заявляемого устройства по второму варианту). В устройстве-аналоге применяются специальные маски для формирования изображений, в частности маски, из-за которых функция рассеяния точки практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта. Применение таких масок позволяет добиться улучшенного продольного разрешения измеряемых расстояний, но при этом приводит к сужению диапазона измерений, а также требует применения дорогостоящих светочувствительных детекторов изображения с низким уровнем электронных шумов. При применении указанных масок возможны реализации наблюдений, когда характер преобразования оптического излучения от наблюдаемых объектов будет схожим для различных измеряемых расстояний с различными оптическими передаточными функциями, вследствие чего возникнет ошибка измерения. Возникновение такого рода ошибок в устройстве-аналоге не детектируется и не обрабатывается, и данные измерений могут быть недостоверными.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, ближайший аналог устройства по второму варианту, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний до наблюдаемых объектов, соединенный с детекторами (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для второго варианта устройства).

В известном устройстве расстояние до предмета определяется на основании вычисления функции ошибок для набора возможных пар функций рассеяния точки каналов, и затем выбора тех функций рассеяния точки каналов, для которых ошибка является минимальной. Значения функции ошибок определяются для пар зафиксированных изображений как среднеквадратическое отклонение зафиксированных изображений, каждое из которых предварительно подвергается преобразованию-свертке с предполагаемой функцией рассеяния точки для изображения, полученное другим детектором. Данный способ является относительно простым и типичным решением вопроса дифференциации различных функций рассеяния точки, которое однако является недостаточно точным. Особенно сильно точность зависит от электронных шумов матричных светочувствительных детекторов, от точности калибровки устройства, от передаточных функций каналов устройства, определяемых конфигурацией устройства (взаимным расположением светочувствительных детекторов, оптических элементов и формой диафрагм каналов устройства), а также от пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов.

Так, если отношение сигнал/шум уменьшается по сравнению с максимальным для применяемой системы, например, из-за того, что для участка изображения предметы слабо освещены или же из-за повышения уровня шумов при увеличении аналогового коэффициента усиления регистрируемого сигнала, то величина рабочего диапазона сужается. Сужение диапазона, как и ухудшение точности, вызвано сложностью выбора оптимальной пары функций рассеяния точки на краях рабочего диапазона, когда масштабы функций рассеяния точки на краях диапазона велики и одно или несколько фиксируемых изображений значительно размыты.

Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений, причем информации о том, что измерения для данной области нельзя считать действительными не предоставляется. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система хотя бы одного из каналов включает маску для формирования функции рассеяния точки, зависящей от расстояния до наблюдаемого объекта, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, а также блок, который определяет функции рассеяния точки и вычисляет расстояние до наблюдаемых предметов (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог заявляемого устройства по третьему варианту). В устройстве-аналоге применяются специальные маски для формирования изображений, в частности, маски, из-за которых функция рассеяния точки практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта. Как правило, маски представляют собой дифракционные оптические элементы, проектирование и создание которых - трудоемкий и дорогостоящий процесс. Применение таких масок позволяет добиться улучшенного продольного разрешения измеряемых расстояний, но при этом приводит к сужению диапазона измерений, а также требует применения дорогостоящих светочувствительных детекторов изображения с низким уровнем электронных шумов.

Улучшение продольного разрешения достигается за счет того, что скорость изменения формы вращаемой функции рассеяния точки больше, чем в аналогичной оптической системе без применения маски. Улучшение носит локальный характер в пределах малого диапазона расстояний, за пределами которого скорость изменения формы функции рассеяния точки для систем без применения указанных масок определяется, главным образом, масштабным изменением функции рассеяния точки, при этом в системах с маской размытие значительно большее из-за большей скорости роста масштаба пятна.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, ближайший аналог устройства по третьему варианту, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний до наблюдаемых объектов, соединенный с детекторами (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для третьего варианта устройства).

В известном устройстве расстояние до предмета определяется на основании вычисления функции ошибок для набора возможных пар функций рассеяния точки каналов, и затем выбора тех функций рассеяния точки каналов, для которых ошибка является минимальной. Значения функции ошибок определяются для пар зафиксированных изображений как среднеквадратическое отклонение зафиксированных изображений, каждое из которых предварительно подвергается преобразованию-свертке с предполагаемой функцией рассеяния точки для изображения, полученное другим детектором. Данный способ является относительно простым и типичным решением вопроса дифференциации различных функций рассеяния точки, которое однако является недостаточно точным. Особенно сильно точность зависит от электронных шумов матричных светочувствительных детекторов, от точности калибровки устройства, от передаточных функций каналов устройства, определяемых конфигурацией устройства (взаимным расположением светочувствительных детекторов, оптических элементов и формой диафрагм каналов устройства), а также от пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов.

Так, если отношение сигнал/шум уменьшается по сравнению с максимальным для применяемой системы, например, из-за того, что для участка изображения предметы слабо освещены или же из-за повышения уровня шумов при увеличении аналогового коэффициента усиления регистрируемого сигнала, то величина рабочего диапазона сужается. Сужение диапазона, как и ухудшение точности, вызвано сложностью выбора оптимальной пары функций рассеяния точки на краях рабочего диапазона, когда масштабы функций рассеяния точки на краях диапазона велики и одно или несколько фиксируемых изображений значительно размыты.

Установка детекторов и элементов оптической системы каналов устройства без обеспечения различных смещений светочувствительных поверхностей детекторов относительно задних фокусов оптических систем каналов приводит к тому, что масштаб функции рассеяния точки для каждого детектора изменяется одинаково, то есть синхронно. Аналогичным образом изменяется и соотношение оптических передаточных функций. При таком поведении масштабов функции рассеяния точки существует большое количество измеряемых расстояний, для которых соотношение оптических передаточных функций имеет одинаковый характер в широком диапазоне частот, даже при различной форме диафрагм каналов.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, содержащее один канал формирования и фиксации изображений, оптическая система канала включает маску для формирования функции рассеяния точки, зависящей от расстояния до наблюдаемого объекта, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, а также блок, который определяет функции рассеяния точки и вычисляет расстояние до наблюдаемых предметов (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог заявляемого устройства по четвертому варианту). В устройстве-аналоге применяются специальные маски для формирования изображений, в частности, маски, из-за которых функция рассеяния точки практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта. Применение таких масок позволяет добиться улучшенного продольного разрешения измеряемых расстояний, но при этом приводит к сужению диапазона измерений, а также требует применения дорогостоящих светочувствительных детекторов изображения с низким уровнем электронных шумов.

При применении указанных масок возможны реализации наблюдений, когда характер преобразования оптического излучения от наблюдаемых объектов будет схожим для различных измеряемых расстояний с различными оптическими передаточными функциями, вследствие чего возникнет ошибка измерения. Возникновение такого рода ошибок в устройстве-аналоге не детектируется и не обрабатывается, и данные измерений могут быть недостоверными.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, ближайший аналог устройства по четвертому варианту, содержащее один канал формирования и фиксации изображений, оптическая система которого включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний до наблюдаемых объектов, соединенный с детекторами (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для четвертого варианта устройства).

В известном устройстве расстояние до предмета определяется на основании вычисления функции ошибок для набора возможных функций рассеяния точки каналов, и затем выбора тех функций рассеяния точки каналов, для которой ошибка является минимальной. Значения функции ошибок определяются для пар зафиксированных изображений как среднеквадратическое отклонение зафиксированных изображений, каждое из которых предварительно подвергается преобразованию-свертке с предполагаемой функцией рассеяния точки для изображения, полученного другим детектором. Данный способ является относительно простым и типичным решением вопроса дифференциации различных функций рассеяния точки, которое, однако, является недостаточно точным. Особенно сильно точность зависит от электронных шумов матричных светочувствительных детекторов, от точности калибровки устройства, от передаточных функций каналов устройства, определяемых конфигурацией устройства (положением светочувствительного детектора, оптических элементов и формой диафрагм), а также от пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов.

Так, если отношение сигнал/шум уменьшается по сравнению с максимальным для применяемой системы, например, из-за того, что для участка изображения предметы слабо освещены или же из-за повышения уровня шумов при увеличении аналогового коэффициента усиления регистрируемого сигнала, то величина рабочего диапазона сужается. Сужение диапазона, как и ухудшение точности, вызвано сложностью выбора оптимальной пары функций рассеяния точки на краях рабочего диапазона, когда масштабы функций рассеяния точки на краях диапазона велики и одно или несколько фиксируемых изображений значительно размыты.

Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений, причем информации о том, что измерения для данной области нельзя считать действительными не предоставляется. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности, а также отсутствует возможность повышения точности измерений в указанных ситуациях.

Задачей изобретения по первому варианту является создание способа получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, обеспечивающего повышенную точность измерения расстояний и определения оптических передаточных функций в диапазоне измерений сравнимом или более широком, чем обеспечивается аналогичными решениями.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении точности измерения расстояний, определения оптических передаточных функций и в расширении диапазона измерений.

Для достижения указанного выше технического результата применяют способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области наблюдаемого по меньшей мере одного объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями, согласно изобретению измеряют уровень шума детекторов изображений и сохраняют в памяти амплитуды спектральной модели распределения шумов детекторов изображения, осуществляют выбор оптимальных оптических передаточных функций для каждой рассматриваемой области изображений путем извлечения из памяти значений оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, которые соответствуют положениям детекторов, оптических элементов и формам диафрагм, при которых были сформированы и зафиксированы изображения, обработки областей изображений в процессе которой находят целевую функцию пар оптических передаточных функций для каждого сочетания зафиксированных изображений по два, значения которой определяются для каждого возможного измеряемого расстояния как сумма по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин - отношения значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума, и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствую